Abstract

Background: Tissue adhesives containing cyanoacrylate have also been used in cardiovascular surgery during the last years. We investigated microbial contamination risk and antibacterial effect of cyanoacrylate, in this study.

Methods: Microbial contamination risk of ethyl 2-cyanoacrylate was investigated by culturing adhesive from unopened and used vials to 5 different media and inoculating one colony from each of Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus feacalis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii into unused vials. Antibacterial effect was tested against above-mentioned bacteria by using agar diffusion, agar well diffusion and broth microdilution methods.

Results: No bacterial or fungal growth was found in the cultures of ethyl 2-cyanoacrylate obtained from unopened and used vials. There was also no contamination following direct bacterial inoculation into unused vials. Agar diffusion methods revealed an antibacterial effect of ethyl 2-cyanoacrylate, particularly on gram-positive bacteria. Broth microdilution test demonstrated that ethyl 2-cyanoacrylate was antibacterial against all tested bacterial strains at the concentration of 25 mg/mL. The effect was bactericidal for all of the tested bacterial strains, except E. feacalis. It had bacteriostatic effect again E. feacalis.

Conclusion: Ethyl 2-cyanoacrylate is not contaminated during repeated uses or following direct bacterial inoculation. It was concluded that ethyl 2-cyanoacrylate has an antibacterial effect against bacteria frequently isolated in surgical site infections.

Kardiyovasküler cerrahide bazen yalnızca klasik sütür ve yama uygulaması gibi konvansiyonel teknikler doku bütünlüğünü sağlamak ve kanamayı durdurmak için yeterli olmaz ve geniş yüzeye etkili olabilen doku yapıştırıcıları (tissue adhesive) kullanmak gerekebilir. Etil 2-siyanoakrilat da bu doku yapıştırıcılarından biridir. Son yıllarda kardiyovasküler cerrahi sırasında durdurulamayan kanamaların kontrolünde, doku bütünlüğünün sağlanmasında, kritik kardiyak yaralanmalarda [1-3], infeksiyon veya mekanik nedenlerle sternal dehisens gelişen kişilerde sternumun kapatılmasında [4,5] ve akciğer cerrahisi veya travması sonrası devam eden hava kaçağında [6] siyanoakrilat içeren doku yapıştırıcıları kullanılmaktadır. Biz de kliniğimizde, doku bütünlüğünü sağlamak amacıyla kardiyovasküler ve pulmoner cerrahide etil 2-siyanoakrilatı perikard, politetrafloroetilen yama (ePTFE, Cardiovascular Patch, Impra, Inc, Tempe, AZ, USA) veya Teflon felt ile birlikte kullanıyoruz [4,7].

Değişik çalışmalarda siyanoakrilatın antibakteriyel özellikleri araştırılmış olmakla birlikte [8-11], bu konu halen netlik kazanmamıştır. Bu çalışmada, etil 2-siyanoakrilatın mikrobiyal kontaminasyon riski ve antibakteriyel etkinliği farklı yöntemlerle araştırılmıştır.

Methods

Bakteri Kökenleri

Kontaminasyon riski ve antimikrobiyal duyarlılık testlerinde kullanılan bakteri kökenleri, hastanemiz mikrobiyoloji laboratuvarında cerrahi alan infeksiyonu etkeni olarak izole edilen kökenlerdir. Kökenlerin identifikasyonları, klasik yöntemler ve BBL Chrystal Gram Positive (Lot No: 2015158, Becton Dickenson and Company, Maryland, USA) ve BBL Chrystal Gram Negative (Lot No: 1352155, Becton Dickenson and Company, Maryland, USA) identifikasyon kitleri kullanılarak yapıldı. Çalışmaya üçer adet metisilin rezistan Staphylococcus aureus (MRSA), metisilin sensitif Staphylococcus aureus (MSSA), Staphylococcus epidermidis, Enterococcus feacalis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ve Acinetobacter baumanii kökeni dahil edildi.

Etil 2-siyanoakrilat Doku Yapıştırıcısının Bakteriyel ve Fungal Kontaminasyon Riski

Kullanılmış veya henüz hiç kullanılmamış etil 2-siyanoakrilat tüplerinden birer damla örnek kanlı agar, çikolatamsı agar, MacConkey agar, Sabouroud-dextrose agar ve trypticase soy broth besiyerlerine ekilerek aerob ve anaerob ortamda kültürleri yapıldı. Ayrıca hiç kullanılmamış etil 2-siyanoakrilat tüpleri içine, her bir bakteri ayrı bir tüpe olacak şekilde, 35°C’de 16-18 saatlik inkübasyon sonucu üremiş birer koloni (~10⁸ bakteri) MRSA, MSSA, S. epidermidis, E. faecalis, E. coli, P. aeruginosa ve A. baumannii kökeni, iğne öze ile inoküle edildi. İnoküle edilen flakonlar 35°C’de 16-18 saatlik inkübasyon sonunda kanlı agara pasajlandı ve pasaj yapılan plaklar da 35°C’de 16-18 saatlik inkübasyon sonunda mikroorganizma üremesi açısından kontrol edildi.

Antimikrobiyal Duyarlılık Testleri

Agar Diffüzyon Yöntemi

Etil 2-siyanoakrilatın antimikrobiyal etkinliğini belirlemek için, öncelikle agar diffüzyon yöntemi kullanıldı [12]. Bakteriler McFarland 0.5 tüpüne göre suspanse edildikten sonra, Mueller Hinton agara yayıldı. Bakterilerin yayılmasının ardından 1’er damla (20 mL) etil 2-siyanoakrilat damlatıldı. 35°C’de 16-18 saatlik inkübasyon sonunda inhibisyon zon çapları ölçülerek kaydedildi.

Agar Well Diffüzyon Yöntemi

Agar diffüzyon yönteminde belirlenen etkinliğin, yapıştırıcının besiyeri ortamını bozarak üremeyi engellemesinden kaynaklanabileceği düşünüldüğü için, aynı mikroorganizmalar kullanılarak bu etkiyi ekarte edebilecek agar well diffüzyon yöntemi [13] ile de antibakteriyel etkinlik araştırıldı. Kısaca, Mueller Hinton agarda çapı 5 mm olan steril bir cam çubukla 5’er mm’lik kuyucuklar açıldı ve her bir kuyucuğun içine 0.1 mL etil 2-siyanoakrilat yapıştırıcı eklendi. Yapıştırıcı tamamen polimerize olduktan sonra bir bakteri kolonisi, eritilmiş 10 mL’lik Mueller Hinton agarda suspanse edilip vortekslendi ve ardından test plağının üzerine döküldü. Agar katılaşması gerçekleşmiş plaklarda 35°C’de 16-18 saatlik inkübasyon sonunda oluşan zon çapları ölçülerek kaydedildi.

Broth Mikrodilüsyon Yöntemi

Etil 2-siyanoakrilat için belirlenen antibakteriyel etkinliğin, bakterisidal veya bakteriyostatik olup olmadığını belirleyebilmek amacıyla aynı kökenler kullanılarak, standart kaynaklarda belirtildiği şekilde [14], broth mikrodilüsyon testi gerçekleştirildi. Etil 2-siyanoakrilat, metanolde çözülerek solüsyon haline getirildi. Hazırlanmış bu solüsyonun, klasik kaynaklarda belirtildiği şekilde [15], broth’ta seri dilüsyonları hazırlandı ve ilk kuyucukta 100 mg/mL konsantrasyonda olacak şekilde, içinde broth ve bakteri bulunan mikrotitrasyon plaklarına eklendi. 35°C’de 16-18 saatlik inkübasyon sonunda üreme varlığı gözle incelendi. Üreme olmayan en son kuyucuktaki etil 2-siyanoakrilat konsantrasyonu minimal inhibitör konsantrasyon (MIK) değeri olarak kaydedildi. Daha sonra üreme olmadığı gözlenen tüplerden kanlı agara pasaj yapılarak minimal bakterisidal konsantrasyon (MBK) değeri belirlendi. Broth mikrodilüsyon testinde her bir köken için bir pozitif ve bir negatif kontrol çalışmaya dahil edildi. Ayrıca, tüm bakteriler sadece sıvı besiyeri ve 50 mL metanol içeren kuyucuklara da inoküle edilerek, etil 2-siyanoakrilat preparatını çözmek için kullanılan metanolün neden olabileceği antibakteriyel etkinlik araştırıldı (Tablo 1). Tüm deneyler en az iki kez tekrarlandı.

Results

Etil 2-siyanoakrilat Doku Yapıştırıcısının Bakteriyel ve Fungal Kontaminasyon Riski

Daha önce kullanılmış veya hiç açılmamış etil 2-siyanoakrilat preparatlarının kanlı agar, çikolatamsı agar, MacConkey agar, Sabouroud-dextrose agar ve trypticase soy broth besiyerlerine ekilerek yapılmış aerob ve anaerob kültürlerinde herhangi bir bakteriyel veya fungal üreme gözlenmedi. Bakteri inokülasyonu yapılan etil 2-siyanoakrilat tüplerinin 35°C’de 24 saatlik inkübasyonundan sonra kanlı agara yapılan pasajlarında da 35°C’de 24 saatlik inkübasyon sonunda herhangi bir mikrobiyal üreme gözlenmedi.

Antimikrobiyal Duyarlılık Test Sonuçları

Agar Diffüzyon Testi Sonuçları

Agar diffüzyon testi sonuçlarına göre gram pozitif mikroorganizmalarda daha belirgin olmak üzere, test edilen mikroorganizmaların tümünde, Tablo 2’de belirtilen miktarlarda üreme inhibisyon zonu gözlendi (Resim 1).

Resim 1: Agar diffüzyon yöntemi ile etil 2-siyanoakrilatın metisilin rezistan Staphylococcus aureus kökenine karşı antibakteriyel etkinliği

Agar Well Diffüzyon Testi Sonuçları

Agar well diffüzyon testi sonuçlarına (Tablo 3) göre ise, gram pozitif mikroorganizmalara karşı belirgin etkinlik görülürken (Resim 2,3 ve 4), gram negatif mikroorganizmalardan E. coli’ye karşı zayıf etki belirlendi. P. aeruginosa ve A. baumannii’ye karşı ise etkinlik belirlenemedi.

Resim 2: Agar well diffüzyon yöntemi ile etil 2-siyanoakrilat preparatının metisilin sensitif Staphylococcus aureus kökenine antibakteriyel etkinliği

Resim 3: Agar well diffüzyon yöntemi ile etil 2-siyanoakrilat preparatının Enterococcus feacalis kökenine antibakteriyel etkinliği

Resim 4: Agar well diffüzyon yöntemi ile etil 2-siyanoakrilat preparatının Staphylococcus epidermidis kökenine antibakteriyel etkinliği

Broth Mikrodilüsyon Testi Sonuçları

Negatif kontrollerde üreme olmazken, pozitif kontrol ve metanol içeren kuyucuklarda üreme görüldü. 12 mg/mL konsantrasyondaki etil 2-siyanoakrilat denenen kökenlerin tümüne karşı bakteriyostatik etkinlik gösterdi (Tablo 1). 25 mg/mL konsantrasyondaki etil 2-siyanoakrilat, E. feacalis hariç denenen kökenlerin tümüne karşı bakterisidal etkinlik gösterdi. E. feacalis için elde edilen etkinlik ise bakteriyostatik idi. MIK değerleri Tablo 4’te, MBC değerleri ise Tablo 5’te görülmektedir.

Discussion

Siyanoakrilat içeren yapıştırıcılar göz [8], diş hekimliği [9], çocuk cerrahisi [16] ve genel cerrahi [17] gibi tıp alanlarında uzun yıllardan beri doku yapıştırıcısı olarak kullanılmaktadır. Oktilsiyanoakrilata, Amerika Birşeşik Devletleri’nde kısa süre önce cilt laserasyonlarında doku yapıştırıcısı olarak kullanılmak üzere Amerikan gıda ve ilaç enstitüsü (FDA) tarafından onay verildi [17]. Siyanoakrilat içeren yapıştırıcılar kardiyovasküler cerrahi alanında da kullanıma girmiştir. Özellikle klasik yöntemlerle durdurulamayan kanamalarda, doku bütünlüğünün sağlanmasında [1-3], mekanik nedenlerle ve mediastenit sonrası gelişen sternum dehisensinde stabilitenin sağlanması amacıyla sternum kapatmalarında son yıllarda doku yapıştırıcısı olarak tercih edilebilmektedir [4,5]. Bu doku yapıştırıcılarından biri de kliniğimizde ve bu çalışmamızda kullandığımız etil 2-siyanoakrilattır. Etil 2-siyanoakrilatı klinikte kullanma endikasyonlarımız aortotominin veya anastomoz hattının kanama nedeniyle desteklenmesi gerektiği torasik aort cerrahisi, redo sternotomi veya disseksiyon sırasında sağ ventrikül serbest duvar laserasyonu, sol ventrikül anevrizma rezeksiyonu sonrası kanama, koroner arter bypass greft cerrahisi sırasında proksimal anastomozdan olan kanama, sol ventrikül hidatid kisti nedeniyle yapılan sol ventrikülotomi sonrası kanama, superior vena kava laserasyonu, koroner sinüs rüptürü, sternal dehisens, devam eden akciğer hava kaçağı (akciğerin elektif rezeksiyonu veya travmatik laserasyonu sonrası) ve femoral arter epidermoid karsinoması operasyonunda femoral arter kanamasıdır. Padro ve arkadaşları [18], miyokard enfarktüsü sonrası ventriküler rüptür gelişen 13 hastaya siyanoakrilatlı teflon yama uyguladıklarını ve 5 yıllık izlemde sağkalım oranının %100 olduğunu bildirmektedirler. Onüç hastanın 11’i asemptomatik iken, yalnızca 2 hastada egzersiz anjinası saptamışlardır. Bu bulgular, siyanoakrilat uygulamasının uzun dönemde efektif olduğunu göstermektedir. Eastman [3], Padro [18], Robicsek [1], Lijoi [19] ve arkadaşları, Kardiyak yaralanma ve miyokard enfarktüsü sonrası oluşan subakut kardiyak rüptürün onarımında etil 2-siyanoakrilatlı perikard ve teflon yama kullanımı bildirilmektedir [1,3,18,19].

Siyanoakrilat içeren yapıştırıcılarla ilgili üzerinde en çok durulan noktalardan biri de, bu maddenin bakteriyel kontaminasyon riski ve antibakteriyel özelliğidir [8-11,]. Quinn ve arkadaşlarının [11], N-2-butilsiyanoakrilat için yaptığı çalışmadakine benzer şekilde, bizim çalışmamızda da etil 2-siyanoakrilat doku yapıştırıcısının mikroorganizmalarla kontamine olmadığı belirlendi. Diğer çalışmalardan farklı olarak, çalışmamızda, etil 2-siyanoakrilat tüplerine yüksek konsantrasyonda (~10⁸ bakteri) bakteri inoküle edildi, ancak bu tüplerde de kontaminasyonun söz konusu olmadığı gözlendi. Bu veriler, siyanoakrilat içeren yapıştırıcıların bakteriyel veya fungal kontaminasyon riski taşımamaları nedeniyle, bu yönden güvenle kullanılabileceğini düşündürmektedir.

Siyanoakrilat preparatının antibakteriyel etkinliğini araştıran geçmişte yapılmış çalışmalarda, ya agar diffüzyon [9,10] veya agar well diffüzyon yöntemi [8] kullanılmıştır. Siyanoakrilat preparatlarının antibakteriyel etkinliğinin yapıştırıcının besiyeri ortamını bozarak üremeyi engellemesinden kaynaklanabileceği düşünüldüğü için, bu etkiyi ekarte edebilen bir yöntem olan agar well diffüzyon yöntemi de çalışmamıza dahil edildi. Agar diffüzyon veya agar well diffüzyon yöntemi ile yapılan çalışmalarda, siyanoakrilat preparatlarının genellikle gram pozitif mikroorganizmalara karşı antibakteriyel olduğu bildirilmektedir [8-11,]. Çalışmamızda da sözedilen yöntemlerle gram pozitif bakterilerde (MRSA, MSSA, S. epidermidis ve E. feacalis) daha belirgin olmak üzere, etil 2-siyanoakrilatın antibakteriyel etkinliğinin olduğu belirlendi. Ayrıca, gram negatif mikroorganizmalara (E. coli, P.aeruginosa, A.baumannii) agar diffüzyon yöntemi ile belirlenen zayıf antibakteriyel etkinlik, agar well diffüzyon yönteminde belirlenemedi. Bu durumda agar diffüzyonda belirlenmiş etkinliğin, yapıştırıcının besiyeri ortamını bozarak üremeyi engellemesinden kaynaklandığı düşünüldü.

Etil 2-siyanoakrilatın antibakteriyel etkinliği, yukarıdaki yöntemlere ek olarak broth mikrodilüsyon yöntemi ile de araştırıldı. Broth mikrodilüsyon testinde etil 2-siyanoakrilatın, denenen tüm mikroorganizmalara karşı (MRSA, MSSA, S. Epidermidis, E. faecalis, P. aeruginosa, A. baumannii veE.coli) 12 mg/mL konsantrasyonlarda bakteriyostatik, E. faecalis dışında tüm kökenlere karşı 25 mg/mL konsantrasyonda ise bakterisidal olduğu belirlendi. Agar diffüzyon ve agar well diffüzyon yöntemlerinde gram negatif bakterilere karşı antibakteriyel etkinlik belirlenememesine karşın, broth mikrodilüsyonda bu etkinliğin belirlenmesinin nedeni, yapıştırıcının katı besiyerinde iyi diffüze olamaması ve agar diffüzyonda etkili olabilen etil 2-siyanoakrilat konsantrasyonunun az olması olabilir. Ancak bu konunun netlik kazanması için ileri çalışmalara gereksinim vardır.

Howell ve arkadaşları [20], domuzlarda oluşturdukları yaralanma bölgelerine S. aureus inoküle ettikleri çalışmalarında, yaraları sütür veya siyanoakrilat ile kapattıklarını ve siyanoakrilatın S. aureus üzerine bakteriyostatik etki gösterdiğini bildirmektedirler. Quinn ve arkadaşları [11], in vitro çalışmalarında, siyanoakrilatın özellikle gram pozitif bakterilere karşı antibakteriyel etkisi olduğunu ve açıldıktan sonra birçok kez kullanılan siyanoakrilat formlarında bile bakteriyel kontaminasyon saptamadıklarını bildirmektedirler.

Sonuç olarak, etil 2- siyanoakrilatın gerek hiç açılmamış preparatlarının, gerekse açılarak kullanıldıktan sonra kalan kısmının bakteri ve funguslarla kontamine olmadığı, hiç kullanılmamış tüplere bakteri inokülasyonu yapılsa bile kontaminasyon gözlenmediği belirlendi. Hem gram pozitif, hem de gram negatif bakterilere karşı antibakteriyel etkinliğinin bulunduğu; etkinliğin E. faecalis dışındaki kökenlerde bakterisidal, E. faecalis’te ise bakteriyostatik olduğu saptandı. Etil 2-siyanoakrilatın cerrahi alan infeksiyonlarında sıklıkla izole edilen bakterilere karşı antibakteriyel etkinliğinin belirlenmiş olması, bu maddenin, özellikle enfekte olan dokuların kapatılmasında önemli avantajlarının olduğunu düşündürmektedir. Ayrıca elde edilen bu sonuçlar, etil 2-siyanoakrilat doku yapıştırıcısının, özellikle kontrol altına alınamayan kanamalarda, doku bütünlüğünün sağlanmasında, stabil olmayan ve infekte sternumların kapatılmasında konvansiyonel yöntemlere yardımcı veya yerine göre alternatif olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

References

1) Robicsek F, Rielly JP, Marroum MC. The use of cyanoacrylate adhesive (crazy glue) in cardiac surgery. J Card Surg 1994;9:353-60.

2) De la Fuente A, Agudo O, Sanchez R, Fernandez JL, Moriones I. Repair of left ventricular rupture after mitral valve replacement: Use of a teflon patch and glue. Ann Thorac Surg 1999;67:1802-3.

3) Eastman DP, Robicsek F. Application of cyanoacrylate adhesive (Crazy glue) in critical cardiac injuries. J Heart Valve Dis 1998;7:888-9.

4) Demirtaş MM, Akçar M, Sarıkaya S. Avoidance of sternal nonunion with cyanoacrylate gluing. Ann Thorac Surg 1998;66:304-6.

5) Oguş NT, Emir M, Çiçek S, Işık Ö. Prevention of recurrent osteomyelitis using cyanoacrylate gluing in mediastinitis. Ann Thorac Surg 2000;70:1761-2.

6) Horsley WS, Miller JI Jr. Management of the uncontrollable air leak with cyanoacrylate glue. Ann Thorac Surg 1997;63:1492-3.

7) Demirtaş MM, Çimen S, Ketenci B, et al. Late follow-up of cyanoacrylate usage in cardiothoracic surgery. Asian Cardiovasc Thorac Ann 1999;7:195-9.

8) Eiferman RA, Snyder JW. Antibacterial effect of cyanoacrylate glue. Arch Ophthalmol 1983;101:958-60.

9) Blum GN, Nolte NA, Robertson P. In vitro determination of the antimicrobial properties of two cyanoacrylate preparations. J Dent Res 1975;54:500-3.

10) Giray CB, Us D, Güney C, Araz K. Antibacterial and cytotoxic effects of N-butyl-2-cyanoacrylate used as a tissue adhesive. Mikrobiyol Bul 1993;27:154-63.

11) Quinn JV, Osmond MH, Yurack JA, Moir PJ. N-2- butylcyanoacrylate: Risk of bacterial contamination with an appraisal of its antimicrobial effects. J Emerg Med 1995;13:581-5.

12) National Committee for Clinical Laboratory Standars. Performance standards for antimicrobial disk susceptibility tests. 6th ed; Approved Standard M2-A6. Villanova, PA: NCCLS 1997.

13) Nathan P, Law EJ, Murphy DF, MacMillan BG. A laboratory method for detection of topical antimicrobial agents to treat infected burn wounds. Burns 1978;4:177-87.

14) National Committee for Clinical Laboratory Standars. Methods for dilution antimicrobial susceptibility tests for bacteria that grow aerobically. 4th ed. Approved Standard M7-A4. Villanova, PA: NCCLS 1997.

15) National Committee for Clinical Laboratory Standars. Performance standards for antimicrobial susceptibility testing. 8th informational supplement M100-S8. Villanova, PA: NCCLS 1997.

16) Bruns TB, Robinson BS, Smith RJ, et al. A new tissue adhesive for laceration repair in children. J Pediatr 1998; 132:1067-70.

17) Singer AJ, Quinn JV, Clark RE, Hollander JE. Closure of lacerations and incisions with octylcyanoacrylate: A multicenter randomized controlled trial. Surgery 2002;131:270-6.

18) Padro JM, Mesa JM, Silvestre J, et al. Subacute cardiac rupture: Repair with a sutureless technique. Ann Thorac Surg 1993;55:20-4.

19) Lijoi A, Scarano F, Parodi E, et al. Subacute left ventricular free wall rupture complicating acute myocardial infarction. Successful surgical repair with a sutureless technique. J Cardiovasc Surg (Torino) 1996;37:627-30.

20) Howell JM, Bresnahan KA, Stair TO, Dhindsa HS, Edwards BA. Comparison of effects of suture and cyanoacrylate tissue adhesive on bacterial counts in contaminated lacerations. Antimicrob Agents Chemother 1995;39:559-60.